Metody i technologie cementowania studni: jak przygotować i zalać zaprawę do spoinowania

Po wierceniu studni w luźnych glebach piaszczystych rozpoczyna się etap mający na celu wzmocnienie rur osłonowych. Jednocześnie należy zabezpieczyć pień przed uszkodzeniami, agresywnymi wodami gruntowymi, korozją i innymi negatywnymi zjawiskami. Jest to proces taki jak cementowanie studni.

Samodzielne wykonywanie prac cementujących jest dość trudne, ale możliwe, jeśli masz wiedzę na temat technologii imprezy. Powiemy Ci, dlaczego cementowanie jest konieczne i na co musisz zwrócić uwagę podczas wykonywania pracy. Dla jasności materiał zawiera tematyczne zdjęcia i filmy.

Po co cementować studnię?

Cementowanie odwiertów jest procesem, który następuje bezpośrednio po zakończeniu. operacje wiercenia. Procedura cementowania polega na tym, że zawiesinę cementową wprowadza się do pierścieniowej lub pierścieniowej (jeśli z kolei obudowa jest umieszczona w szerszej rurze polietylenowej), która z czasem twardnieje, tworząc monolityczny odwiert.

W tym przypadku zaprawę cementową nazywa się „fugowaniem”, a sam proces „zatkaniem”. Złożony proces inżynieryjny, zwany również technologią cementowania, wymaga pewnej wiedzy i specjalnego sprzętu.

W większości przypadków źródła wody można ubijać własnymi rękami, co jest znacznie tańsze niż przyciąganie specjalistów.

Cementowanie studni to zestaw środków mających na celu wzmocnienie pierścienia i obudowy od niszczącego ciśnienia bocznego skał i wpływu wód gruntowych

Prawidłowo wykonane podłączenie studni do wody przyczynia się do:

• zapewnienie wytrzymałości struktury odwiertu;
• dobra ochrona przed wodami gruntowymi i wodami wysokimi;
• wzmocnienie obudowy i ochrona przed korozją;
• zwiększyć żywotność źródła wody;
• eliminacja dużych porów, pustek, szczelin, przez które niepożądane cząsteczki mogą dostać się do warstwy wodonośnej;
• wyparcie płynu wiertniczego z cementem, jeśli pierwszy został użyty podczas wiercenia.

Jakość produkowanej wody i charakterystyka operacyjna odwiertu będą zależeć od tego, jak dobrze cementuje się. Cementowanie odbywa się również w przypadku opuszczonych studni, które nie będą już eksploatowane.

Etapy cementowania źródła wody

Cały proces cementowania składa się z kilku etapów, z których każdy ma swoje własne niuanse:

1. Przygotowanie zawiesiny cementowej do wypełnienia pierścienia.
2. Dostawa przygotowanego cementu do studni.
3. Iniekcja zaprawy do pierścienia.
4. Okres twardnienia zaprawy cementowej.
5. Kontrola jakości cementowania.

Każdy etap wymaga użycia określonych narzędzi i specjalnego sprzętu. Obliczenia niezbędnych materiałów najlepiej wykonać przed rozpoczęciem spoinowania, ponieważ proces zaślepiania powinien trwać w sposób ciągły, a jeśli na przykład nie ma wystarczającej zaprawy cementowej, wpłynie to negatywnie na jakość cementowania. Najważniejsze etapy rozważymy bardziej szczegółowo.

W rzadkich przypadkach warstwy wodonośne nie wymagają cementowania, mówimy o studniach, których cała głębokość biegnie w gęstych glebach gliniastych

Etap 1 - przygotowanie sprzętu

Wszelkie prace nad cementowaniem warstw wodonośnych muszą być wykonywane ściśle zgodnie z wymogami technicznymi, których naruszenie doprowadzi do złej jakości cementowania.

Wybierając zaślepkę, powinieneś wiedzieć, że jest to proces nieodwracalny; po złożeniu roztworu do pierścienia studni nie można nic naprawić, dlatego prace przygotowawcze, a mianowicie przygotowanie zaprawy do cementowania i dobór sprzętu, należy podejść tak odpowiedzialnie, jak to możliwe!

Najłatwiejszym i najskuteczniejszym sposobem jest wypożyczenie sprzętu na platformie pojazdu. Taki kompleks będzie w stanie przygotować zaprawę cementową i pompować ją do studni pod ciśnieniem, podczas gdy potężny silnik samochodowy służy jako źródło energii dla sprzętu.

Jeśli nie można użyć jednostek opartych na specjalnym pojeździe, będziesz potrzebować:

• mikser do przygotowania zaprawy cementowej;
• pompa wysokociśnieniowa, pompująca roztwór do studni;
• głowica cementująca do wstrzykiwania roztworu do studzienki;
• napełnianie zatyczek (ilość zależy od metody cementowania);
• różne małe urządzenia (węże, zbiorniki pomiarowe).

Jako wąż wielu ekspertów zaleca stosowanie elastycznego węża pożarowego zamiast tradycyjnych rur HDPE o średnicy 32 cm. Jest płaski i idealnie wpasowuje się w pierścień, zapewniając efektywny przepływ roztworu.

Sprzęt do cementowania studni jest duży i wymaga silnego źródła energii, takiego jak kompresor, generator, nieprzerwany dostęp do sieci

Etap 2 - przygotowanie roztworu

Zawiesina cementowa do cementowania odwiertu musi spełniać szereg wymagań i mieć:

• wysokie właściwości adhezyjne z powierzchniami dowolnego rodzaju;
• wysoka wytrzymałość po zestaleniu, odporność na naprężenia mechaniczne;
• plastyczność i dobra płynność w wypełnianiu wszystkich pęknięć i pustek;
• neutralność chemiczna w odniesieniu do zatykanych warstw gleby;
• odporność na erozję wód gruntowych;
• brak skurczu podczas hartowania.

Ponadto roztwór musi mieć taką konsystencję, aby mógł być bez problemu dostarczany do studzienki i wstrzykiwany. Roztwór musi być dobrze wypłukany ze sprzętu, nie może być agresywny chemicznie i mieć minimalny współczynnik strat podczas transportu do studni.

Zastosowana zawiesina cementowa musi mieć dostatecznie płynną strukturę do pompowania za pomocą sprzętu do wstrzykiwania, a jednocześnie mieć wysoką wytrzymałość

Proces przygotowania zaprawy cementowej do zaślepienia polega na równomiernym wymieszaniu składników, które ją tworzą, a następnie wlaniu do niej wody, ze specjalnymi dodatkami uprzednio w niej rozpuszczonymi.

Najprostsze rozwiązania, które możesz sam przygotować:

1. Cement portlandzki + piasek kwarcowy (1: 1) + specjalne dodatki i woda, aż do uzyskania pożądanej konsystencji. Takie rozwiązanie ma niską gęstość, a jego przygotowanie jest trudne, ponieważ piasek zawarty w kompozycji często wytrąca się, a zastosowanie roztworu staje się niemożliwe.
2. Cement portlandzki + baryt (1,1: 1) + specjalne dodatki i woda. Wadą tego rozwiązania jest jego niska wytrzymałość.
3. Cement portlandzki + wypełniacz. Azbest (na glebach piaszczystych), materiały włókniste są stosowane jako wypełniacz.

Do przygotowania mieszanki cementowej najlepiej zastosować cement cementowy fugujący, który jest rodzajem cementu na bazie krzemianów.

Taki cement jest oczywiście droższy niż zwykły cement portlandzki, ale jego właściwości wytrzymałościowe są znacznie wyższe niż w przypadku zwykłego. Baryt jest ciężkim minerałem, który zwiększa gęstość roztworu. Baryt można kupić w sklepie z narzędziami, w którym sprzedawane są masowe materiały budowlane.

Poprzez specjalne dodatki stanowiące część zapraw cementowych rozumiemy różne substancje, które nadają roztworowi specjalne właściwości.

Należą do nich:

• ustawianie akceleratorów cement (chlorek wapnia, soda kalcynowana, potaż), stosowany, jeżeli cementowanie zachodzi w temperaturze poniżej +5 stopni;
• ustawianie opóźniaczystosowane w celu zapobiegania szybkiemu stwardnieniu (są to chlorki wapnia lub sodu, azotyn sodu itp.);
• plastyfikatory dla optymalnej lepkości (modyfikatory polimeru);
• dodatki mrozoodporne (związki krzemoorganiczne w połączeniu z plastyfikatorami);
• dodatki pochłaniające wilgoć (substancje uzyskane ze związków należących do grup cukru, kwasu cytrynowego, winowego i tetraoksyadypowego) itp.

Specjalne dodatki miesza się z wodą, którą następnie stosuje się do przygotowania zaprawy zalewowej. Wymieszaj rozwiązanie za pomocą specjalnych maszyn - mikserów. Czasami ręczne ugniatanie jest dozwolone, ale wymaga pewnych umiejętności i dużego nakładu pracy.

Kamień cementowy powstały podczas stwardnienia cementu portlandzkiego ma wysokie właściwości wytrzymałościowe, wytrzymuje obciążenia, efekty mechaniczne i fizyczne.

Etap 3 - wlewanie roztworu do studzienki

Główne metody cementowania studni to:

• ciągły lub jednostopniowy;
• dwustopniowy;
• mankiet;
• przeciwnie.

Wszystkie metody cementowania studni wodnych oparte są na jednej zasadzie - wpompowywanie zaprawy do pierścienia. Jednocześnie wybór technologii cementowania zależy od konkretnych warunków: rodzaju gleby, głębokości studni, materiału obudowy, warunków klimatycznych i hydrogeologicznych obszaru.

Wybrana technologia podłączenia studni do wody powinna zapewnić:

• wypełnienie roztworu całym wyrównaniem studni na całej głębokości;
• całkowicie wyprzeć płyn płuczący (jeśli występuje);
• tworzenie kamienia cementowego o wysokiej wytrzymałości, odpornego na wpływy fizyczne, mechaniczne i chemiczne;
• wysoki stopień przyczepności do ścian gruntu studni, rur osłonowych.

W przypadku głębokich studni stosuje się cementowanie segmentowe, tj. nie cały trzon studni jest cementowany na raz, ale tylko jego poszczególne segmenty.

Ten proces jest bardzo złożony i praktyka pokazuje, że jest prawie niemożliwe, aby zrobić to sam. Dlatego bardziej szczegółowo rozważamy technologię jedno- i dwustopniowego cementowania oraz mankietowania.

Cementowanie jednostopniowe lub ciągłe

Ta metoda jest najczęściej stosowana do cementowania domowych warstw wodonośnych. Podczas jego realizacji roztwór cementowy wpompowuje się do pierścienia.

Roztwór jest pompowany pod ciśnieniem za pomocą sprzętu zainstalowanego na platformie specjalnego pojazdu lub stacjonarnego w pobliżu studni. Zaprawa cementowa pod własnym ciężarem przesuwa się do podstawy „buta” obudowy, wypełniając wszystkie wnęki pierścieniowe.

Prace nad cementowaniem jednostopniowym prowadzone są w jednym cyklu bez przerw, dlatego należy zadbać o wystarczającą ilość zaprawy fugującej

Przed rozpoczęciem cementowania dobrze spłukujea następnie wprowadzana jest dolna wtyczka, która będzie działać jak ogranicznik. Pompa do betonu jest włączona, a roztwór zaślepiający zaczyna pompować, pod wpływem którego korek jest obniżany, aż dotrze do „buta” obudowy.

Po wstrzyknięciu zaprawy instaluje się górną zatyczkę, a mieszanka cementowa zaczyna się zagęszczać, aż górna zatyczka przylega do dolnej. Oznacza to, że rozwiązanie wypełniło cały pierścień. Zagęszczanie odbywa się za pomocą wibroprasy poprzez pompowanie roztworu za pomocą pompy do betonu.

Zagłębienie cementowe pozostawia się w spoczynku na 36-48 godzin w celu całkowitego zestalenia się roztworu. Ta metoda jest odpowiednia tylko dla płytkich, dobrze ukształtowanych studni. Wadą tej metody jest niemożność śledzenia momentu, w którym zawiesina cementowa osiągnęła dno studni.

Dwustopniowy system gruntowania

Ta metoda cementowania została opracowana dla odwiertów przemysłu naftowego. Ze względu na to, że wymaga użycia poważnego sprzętu przemysłowego (potężnej pompy do betonu), nie jest często używany do budowy studni. Dwustopniowe cementowanie stosuje się w następujących przypadkach:

• zaprawa cementowa wiąże się tak szybko, że cementowanie nie może być zakończone w jednym cyklu;
• gdy chcesz wyróżnić dwie części w pierścieniu, które są oddzielone znaczną odległością;
• z dużą głębokością studni, gdy niemożliwe jest przeprowadzenie pracy w jednym cyklu.

W innych przypadkach zastosowanie metody dwustopniowej jest niepraktyczne ze względu na długość procesu i wskaźniki ekonomiczne.

Dwustopniowe cementowanie trwa dłużej, ponieważ drugi etap rozpoczyna się po zestaleniu zawiesiny cementowej pierwszego etapu

Zasada cementowania dwustopniowego polega na tym, że cement pompuje się do pierścienia w dwóch etapach.

Pierwsza część zaprawy jest załadowana i ściśnięta.Dolny korek jest opuszczany, co w wyniku działania roztworu korek spada na dół. Druga porcja roztworu jest pompowana w ciągu 12-36 godzin po ostatecznym stwardnieniu pierwszej porcji.

W praktyce głębokiego wiercenia studni artezyjskich w obecności formacji absorbujących w górnej części odcinka geologicznego, aw innych przypadkach stosuje się cementowanie dwustopniowe

Zastosowanie metody mankietu

Tę metodę cementowania stosuje się, jeżeli tylko szczyt studni wymaga wzmocnienia. W takim przypadku początkowym zadaniem będzie określenie poziomu, do którego zostanie wykonane cementowanie.

Poziom jest oznaczony obudową poprzez zainstalowanie specjalnego mankietu. Dolna część wyrównania jest niezawodnie chroniona przez mankiet przed wnikaniem roztworu zaślepiającego.

Roztwór jest pompowany dokładnie w taki sam sposób, jak w przypadku jednostopniowego cementowania. Metodę mankietu stosuje się, jeżeli górna część studni znajduje się na glebach piaszczystych, a dolna część na glebach gliniastych. Jest to dość rzadkie, więc ta metoda nie znalazła szerokiego zastosowania.

Proces formowania kamienia cementowego

Proces powstawania kamienia cementowego rozpoczyna się natychmiast po wstrzyknięciu roztworu zaślepiającego i trwa od 12 do 36 godzin. Główne czynniki wpływające na czas zestalania się zaprawy do stanu kamienia cementowego:

• właściwości składników tworzących rozwiązanie;
• gleba, materiał obudowy;
• warunki hydrogeologiczne i klimatyczne na terenie;
• gęstość wtrysku, prawidłowa realizacja procesu zaślepiania.

W okresie krzepnięcia konieczne jest pozostawienie studni w spoczynku. Zabrania się używania kabli, łomów, drutów do oceny jakości cementacji, jak może to zakłócić integralność powstałego kamienia cementowego.

Jeśli nie wiesz, ile czasu zajmuje pełne utwardzenie zaprawy cementowej, odczekaj trzy dni i kontynuuj pomiary kontrolne.

Ocena jakości cementowania

Warto zauważyć: pomimo tego, że ocena jakości cementowania warstw wodonośnych jest bardzo ważnym etapem, nie można go przeprowadzić samodzielnie.

Do jego wdrożenia wymagany jest specjalny sprzęt laboratoryjny, co jest bardzo rzadkie, nawet w organizacjach zajmujących się wierceniem.

Jeśli nadal zamierzasz ocenić wykonane podłączenie, możesz zamówić usługę kontroli jakości na jeden z trzech sposobów:

• akustyczna, polegająca na stukaniu w ścianki obudowy, a następnie przetwarzaniu danych przez programy komputerowe;
• radiologiczne podczas pomiaru za pomocą urządzeń radiowych;
• termiczny, oparty na zasadzie pomiaru uwalnianego ciepła podczas utwardzania zaprawy cementowej.

W domu można zastosować uproszczoną metodę termiczną, mierząc temperaturę na ścianach studni. Gdy osiągnie temperaturę otoczenia i spadnie o 0,5-1,5 stopnia, możemy mówić o całkowitym zestaleniu. Jednak nawet po tym zaleca się odczekać 2-3 dni, a dopiero potem uruchomić studnię.

Po zakończeniu testu głowicę odwiertu usuwa się za pomocą zawiesiny cementowej dranie. Następnie wykonuje się test szczelności, w którym woda pod wysokim ciśnieniem jest pompowana do rury studzienki przez 30 minut. Kryterium szczelności będzie spadek ciśnienia o około 0,3-0,5 MPa. Studnia jest teraz w pełni gotowa do użycia.

Szczelność zaślepienia zwiększa obciążenie studni, wydłuża żywotność pasm obudowy, chroniąc je przed korozją, a także samo źródło wody

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

W poniższych filmach mówimy o studniach w przemyśle naftowym i gazowym, ale zasada technologii produkcji jest taka sama jak w przypadku warstw wodonośnych.

Jednostopniowa procedura cementowania:

Specyfika produkcji cementowania mankietów:

Cechy technologiczne cementowania dwustopniowego:

Cementowanie to złożony proces, który wymaga użycia specjalistycznego sprzętu. Nie oznacza to jednak, że nie można go przeprowadzić samodzielnie. Wybierając i odpowiednio przygotowując zaprawę do fugowania, używając minimalnego zestawu kruszyw, całkiem możliwe jest samodzielne poradzenie sobie z pracą.

W każdym razie działanie studni bez cementowania studni nie będzie długie, a koszt wiercenie nowego źródła wody będzie nie mniej.

Jeśli po przestudiowaniu materiału nadal masz pytania dotyczące właściwego cementowania studni po wierceniu lub masz cenną wiedzę na ten temat, zostaw swoje uwagi w poniższym bloku.